Một giải pháp thiết kế, chế tạo mô đun chuẩn hóa tín hiệu ứng dụng trong hệ thống đo lường đa kênh trên tàu quân sự

Bài viết Một giải pháp thiết kế, chế tạo mô đun chuẩn hóa tín hiệu ứng dụng trong hệ thống đo lường đa kênh trên tàu quân sự đưa ra một giải pháp thiết kế mô đun chuẩn hóa tín hiệu có thể sử dụng cho nhiều loại cảm biến khác nhau, ứng dụng trong hệ thống đo lường đa kênh trên tàu quân sự giúp mang lại hiệu quả trong triển khai hệ thống và bảo trì.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Một giải pháp thiết kế, chế tạo mô đun chuẩn hóa tín hiệu ứng dụng trong hệ thống đo lường đa kênh trên tàu quân sự Thông tin khoa học công nghệ Một giải pháp thiết kế, chế tạo mô đun chuẩn hóa tín hiệu ứng dụng trong hệ thống đo lường đa kênh trên tàu quân sự Phạm Văn Hậu*, Đinh Văn Ngọc, Lê Anh Quang, Lương Quốc Lệ Viện Công nghệ thông tin/Viện Khoa học và Công nghệ quân sự. *Email: ngocqn@gmail.com Nhận bài: 25/7/2022; Hoàn thiện: 25/9/2022; Chấp nhận:12/10/2022 ; Xuất bản: 28/10/2022. DOI: https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.82.2022.171-174 TÓM TẮT Bài báo đưa ra một giải pháp thiết kế mô đun chuẩn hóa tín hiệu có thể sử dụng cho nhiều loại cảm biến khác nhau, ứng dụng trong hệ thống đo lường đa kênh trên tàu quân sự giúp mang lại hiệu quả trong triển khai hệ thống và bảo trì. Kết quả cho thấy rằng, sử dụng mô đun được thiết kế để chuẩn hóa tín hiệu đầu ra của nhiều cảm biến khác nhau đảm bảo độ chính xác cao với sai số nhỏ hơn 0,6%. Giải pháp này giúp tiết kiệm chi phí sản xuất và thời gian bảo trì sửa chữa trong công tác bảo đảm vũ khí thiết bị công nghệ cao trên các tàu quân sự. Từ khóa: Hệ thống đo lường; Mô đun chuẩn hóa tín hiệu; Cảm biến. 1. MỞ ĐẦU Trên tàu quân sự, các cảm biến đo lường khác nhau được lắp đặt ở nhiều để cung cấp các thông tin cần thiết đảm bảo giám sát các thông số của tàu như: nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, nồng độ khí các loại, mức nước các khoang,... Tùy theo chủng loại và kích thước của tàu mà có thể cần lắp đặt hàng trăm hoặc hàng nghìn cảm biến có chức năng khác nhau. Để thu thập thông tin từ các cảm biến thủ phục vụ công tác vận hành, chỉ huy tàu cần sử dụng một hệ thống đo lường đa kênh. Hiện nay, trên thế giới có nhiều hệ thống đo lường đa kênh có chức năng như vậy được giới thiệu và sử dụng như hệ thống MSK (Nga) [1], MGM (Mỹ) [2]. Tuy nhiên, các sản phẩm của nước ngoài có mức giá rất cao. Bài toán đặt ra đối với hệ thống đo lường sử dụng số lượng lớn các cảm biến là làm thế nào có thể sử dụng một loại mô đun cho phép chuẩn hóa các tín hiệu điện khác nhau ở đầu ra sơ cấp nhưng vẫn đảm bảo độ chính xác. Trong bài báo này, nhóm tác giả đưa ra một giải pháp thiết kế, chế tạo mô đun chuẩn hóa tín hiệu có thể hiệu chỉnh được dải đo. Kết quả thực nghiệm mô đun chuẩn hóa tín hiệu sử dụng cho hai loại cảm biến nhiệt độ có dải giá trị điện trở ở đầu ra sơ cấp lần lượt từ 100 đến 130 Ohm và từ 100 đến 214 Ohm có sai số giữa lý thuyết và thực nghiệm nhỏ hơn 0,6% đạt yêu cầu về độ tin cậy. Có thể nói rằng giải pháp thiết kế, chế tạo mô đun chuẩn hóa tín hiệu được trình bày trong bài báo chính là tiền đề, điểm mấu chốt giúp nhóm tác giả nghiên cứu và chế tạo mới hệ thống đo lường đa kênh trên tàu quân sự giúp chúng ta làm chủ về thiết kế, vật tư linh kiện nhằm sửa chữa hỏng hóc trong quá trình sử dụng, không bị phụ thuộc vào đối tác nước ngoài. 2. GIẢI PHÁP THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ ĐUN CHUẨN HÓA TÍN HIỆU Hình 1. Sơ đồ khối chức năng mô đun chuẩn hóa tín hiệu. Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 82, 10 - 2022 171 Thông tin khoa học công nghệ Sơ đồ khối chức năng của mô đun chuẩn hóa tín hiệu gồm 5 khối chính trong đó giải pháp điều chỉnh dải đo được thực hiện trong khối điều chỉnh nguồn dòng và khối điều chỉnh hệ số khuếch đại. Trên hình 2 thể hiện nguyên lý hoạt động của mô đun chuẩn hóa tín hiệu. Ta có, sự phụ thuộc tuyến tính giữa Rt, R0 vào hệ số a theo công thức: Rt = R0 (1 + at ) (1) Trong đó: - Rt: Giá trị điện trở cần xác định ở đầu ra sơ cấp của cảm biến; - R0: Biến trở được điều chỉnh tương ứng với đầu ra nhiệt độ t0 = 0 oC. Hình 2. Nguyên lý mô đun chuẩn hóa tín hiệu. Giải pháp đưa ra là sử dụng biến trở R0 để điều chỉnh sao cho khi điện trở của cảm biến ở mức nhỏ nhất trong dải đo thì điện áp đầu ra của mạch chuẩn hóa bằng 0 V; khi điện trở của cảm biến ở mức lớn nhất trong dải đo thì điện áp đầu ra của mạch chuẩn hóa bằng hoặc xấp xỉ 5 V. Sử dụng hai Op-Amp DA1 và DA2 là các bộ đệm đầu vào giúp dễ dàng kết hợp với trở kháng của bộ khuếch đại phần trước nó. Theo sơ đồ nguyên lý, ta có: V1 = I 0 ( Rt + R0 ) (2) V2 = I 0 .Rt (3) V1 = V3 (4)  R  V4 = V2 1 + 4  = 2V2 (5)  R3  Suy ra: Vout = AI 0 ( Rt − R0 ) (6) Cảm biến loại 1 có dải giá trị điện trở ở đầu ra sơ cấp từ 100 đến 130 Ohm, R 0 = 100 Ohm. Từ phương trình (6), ta có: - Nếu Rt = 100 Ohm thì Vout = 0 V; - Nếu Rt = 130 Ohm thì Vout = A.I0 (130-100) = 30.A.I0. Để điện áp Vout = 5 V, chúng ta lựa chọn hệ số A = 83,33 và I0 = 2 mA. Vì vậy, với A = 83,33 và I0 = 2 mA thì cảm biến loại 1 có dải giá trị điện trở ở đầu ra sơ cấp từ 100 đến 130 Ohm; R0 = 100 Ohm sẽ tạo ra tín hiệu điện Vout có giá trị từ 0 đến 5 V. Cảm biến loại 2 có dải giá trị điện trở ở đầu ra sơ cấp từ 100 đến 214 Ohm, R 0 = 100 Ohm. Từ công thức (6), ta có: - Nếu Rt = 100 thì Vout = 0 V. 172 P. V. Hậu, …, L. Q. Lệ, “Một giải pháp thiết kế, chế tạo mô đun … đa kênh trên tàu quân sự.” Thông tin khoa học công nghệ - Nếu Rt = 214 thì Vout = A.I0 (214-100) = 114.A.I0. Để điện áp đầu ra Vout = 5 V, chúng ta lựa chọn hệ số A = 22 và I0 = 2 mA. Vì vậy, với A = 22 và I0 = 2 mA th ...